§ 20. Предмет и задачи экологии

СТРАНИЦА 174

Заполните таблицу, распределив по колонкам следующие примеры: урожайность шишек сосны, засолённость озёр, большая численность грызунов, загрязнение озера сточными водами, исчезновение хищных птиц, интенсивная охота, распашка степей, засуха, парниковый эффект, глобальное потепление, ярусность лесов, тайфун.

СТРАНИЦА 176

Вспомните, какие уровни организации живой материи вы рассматривали при изучении биологии в 10 классе. Назовите признаки организации живого, характерные для каждого из этих уровней.

молекулярно-генетический уровень (на данном уровне начинается осуществление важнейших процессов жизнедеятельности организма: обмена веществ и превращения энергии, хранения и реализации наследственной информации, передачи признаков и свойств из поколения в поколение и др.),

клеточный уровень (клетка — структурная и функциональная единица, а также единица размножения и развития всех живых организмов, обитающих на Земле. Неклеточных форм жизни нет, а существование вирусов и бактериофагов лишь подтверждает это правило, т.к. они могут проявлять свойства живых систем только в клетках растений, животных или микроорганизмов)

тканевый уровень (ткань представляет собой совокупность клеток различных типов и межклеточного вещества, объединенных выполнением общих функций), органный уровень (у большинства животных орган – это структурно-функциональное объединение нескольких типов тканей, пространственно изолированное от других органов, занимающее определенное место в организме и выполняющее целый ряд определенных функций)

организменный уровень (организм представляет собой целостную одноклеточную или многоклеточную живую систему, способную к самостоятельному существованию, интегрированную в сообщество себе подобных и неразрывно связанную с абиотическими и биотическими факторами окружающей среды)

популяционно-видовой уровень (вид представляет собой систему надорганизменного уровня. Видом принято считать совокупность особей, сходных по структурно-функциональной организации, единых по происхождению, сходных в своих поведенческих реакциях, имеющих одинаковый кариотип, занимающих определенный ареал обитания, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство, а также взаимодействующих определенным образом с факторами среды обитания и представителями других видов)

биогеоценотический уровень (биогеоценоз – совокупность живых организмов разного уровня организации, проживающих на одной территории, и факторов окружающей среды, влияющих на них. В биогеоценозе выделяют два компонента: биоценоз и экотоп)

биосферный уровень (биосфера – самый высокий уровень организации жизни на нашей планете. Она представляет собой, по определению В. И. Вернадского, оболочку планеты, заселенную живыми организмами).

СТРАНИЦА 178

Вспомните, что называется биологической системой. Почему любая биологическая система является открытой?

Любая живая система постоянно взаимодействует с окружающей средой через некоторую полупроницаемую пограничную оболочку. У клеток — это билипидная мембрана, у космической станции — обшивка. Получается, ответ на вопрос «Что такое биологические системы?» можно сформулировать следующим образом: это совокупность постоянно взаимодействующих живых элементов, выстроенная в определенном иерархическом порядке и открытая в той или иной степени для обмена с окружающей средой.

СТРАНИЦА 178

Приведите примеры групп (видов, родов или классов) организмов, которые существуют почти в неизменном виде миллионы лет. Укажите причины, по которым это стало возможным.

Причина любого изменения у того или иного вида заключается в необходимости приспособления к изменяющимся условиям среды (адаптации). Если в месте обитания вида условия остаются стабильными на протяжении большого промежутка времени, то и вид не изменяется. Самый яркий пример — акулы . Водная среда одна из самых стабильных сред существования видов, т.к. за счет громадного объема и уникальных физических свойств воды ее экологические параметры тысячи лет практически не меняются. Благодаря этому в океанах наибольшее число видов существующих без изменений громадные временные промежутки. Еще один пример – некоторые простейшие организмы, такие как фораминиферы и радиолярии (доказано, что они очень чувствительны к изменению химического состава воды, однако у них выработаны к этому приспособления. Вероятно, химический состав Мирового океана относительно стабилен, поэтому и форма существования осталась прежней. Сохранению формы жизни способствовало и чередование полового и бесполого фаз размножения).

СТРАНИЦА 179

Заполните таблицу по предложенному образцу.

Уровни организации живой материи

СТРАНИЦА 180

8) влияние урожая еловых шишек на численность белок.

Ответьте на вопросы.

• Что такое среда обитания организма?

Среда обитания (экологическая ниша) — совокупность конкретных абиотических и биотических условий, в которых обитает данная особь, популяция или вид, часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие

• Что называют экологическими факторами?

Экологические факторы — это определенные условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на организм. Они подразделяются на абиотические, биотические и антропогенные.

Какие уровни организации живой материи вам известны? Приведите примеры и дайте характеристику каждого уровня.

Молекулярно-генетический уровень (на данном уровне начинается осуществление важнейших процессов жизнедеятельности организма: обмена веществ и превращения энергии, хранения и реализации наследственной информации, передачи признаков и свойств из поколения в поколение и др.), клеточный уровень (клетка — структурная и функциональная единица, а также единица размножения и развития всех живых организмов, обитающих на Земле. Неклеточных форм жизни нет, а существование вирусов и бактериофагов лишь подтверждает это правило, т.к. они могут проявлять свойства живых систем только в клетках растений, животных или микроорганизмов), тканевый уровень (ткань представляет собой совокупность клеток различных типов и межклеточного вещества, объединенных выполнением общих функций), органный уровень (у большинства животных орган – это структурно-функциональное объединение нескольких типов тканей, пространственно изолированное от других органов, занимающее определенное место в организме и выполняющее целый ряд определенных функций), организменный уровень (организм представляет собой целостную одноклеточную или многоклеточную живую систему, способную к самостоятельному существованию, интегрированную в сообщество себе подобных и неразрывно связанную с абиотическими и биотическими факторами окружающей среды), популяционно-видовой уровень (вид представляет собой систему надорганизменного уровня. Видом принято считать совокупность особей, сходных по структурно-функциональной организации, единых по происхождению, сходных в своих поведенческих реакциях, имеющих одинаковый кариотип, занимающих определенный ареал обитания, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство, а также взаимодействующих определенным образом с факторами среды обитания и представителями других видов), биогеоценотический уровень (биогеоценоз – совокупность живых организмов разного уровня организации, проживающих на одной территории, и факторов окружающей среды, влияющих на них. В биогеоценозе выделяют два компонента: биоценоз и экотоп), биосферный уровень (биосфера – самый высокий уровень организации жизни на нашей планете. Она представляет собой, по определению В. И. Вернадского, оболочку планеты, заселенную живыми организмами).

Каковы задачи современной экологии?

Важнейшие общие задачи современной экологии в ее широком понимании сводятся к следующему:

1. раскрытие места и роли человека, цивилизации, техносферы в существовании экосферы планеты Земля с позиций экологических законов. Нахождение и уточнение естественно-научных критериев, определяющих экологическую совместимость человека и биосферы и количественные пределы развития техносферы;

2. экологизация сознания людей: формирование новой идеологии гуманистического экоцентризма, направленной на переход к экологически ориентированной постиндустриальной цивилизации, на экологизацию экономики, производства, политики, образования;

3. всеобъемлющая диагностика состояния природы планеты и ее ресурсов; определение порога выносливости биосферы по отношению к антропогенной нагрузке, т.е. к тем помехам и утратам, которые обусловлены человеческой деятельностью, и выяснение степени обратимости этих изменений;

4. разработка прогнозов изменений биосферы и состояния окружающей человека среды при разных сценариях экономического и социального развития человечества. Выработка критериев оптимизации – выбора наиболее согласованного с экологическим императивом и экологически ориентированного социально-экономического развития общества;

5. формирование такой стратегии поведения человеческого общества, такой экономики и таких технологий, которые приведут масштабы и характер хозяйственной деятельности в соответствие с экологической выносливостью природы и предотвратят глобальный экологический кризис.

• Какие методы используют учёные-экологи? Наблюдение, математическое моделирование.

Распределите по колонкам таблицы следующие примеры явлений: сезонные явления в жизни растений; влияние загрязнения воды на популяцию лягушек в пруду; половой и возрастной состав популяции оленей;

1. сезонные явления в жизни животных;

2. сроки весеннего прилёта птиц;

3. влияние изменения климата на растительность Земли;

4. влияние выбросов ядовитых веществ в атмосферу при производстве серной кислоты на окружающий лес;

5. влияние мелиоративных мероприятий на изменение баланса грунтовых вод;

6. изменение численности популяции зайцев при искусственном восстановлении популяции волков в лесу.

3. Составьте план рассказа о значении экологии на современном этапе развития общества.

1. Экология изучает взаимоотношения живых организмов и популяций с окружающей средой. Рассматривает факторы, влияющие на организмы: влияние неживой природы (температура, влажность, минеральный состав почвы), живой природы (разнообразные отношения между организмами), воздействие человека.

2. Большое значение имеет изучение природных сообществ: их продуктивность, видовое разнообразие, устойчивость, развитие.

3. Применение экологических знаний в охране природы, лесном, сельском хозяйстве, создание безотходных технологий в промышленности позволяет снизить нежелательное воздействие человека на окружающую среду, способствует снижению затрат на производство.

4. Особенно актуально применение экологических знаний в наши дни, когда возросшая численность населения планеты и возможности современных технологий во много раз увеличили нагрузку на окружающую среду, а психология потребления толкает людей на разграбление природных богатств без учета последствий.

СРЕДЫ ОБИТАНИЯ ОРГАНИЗМОВ

Из курса биологии «Животные» вспомните и приведите примеры животных, активно плавающих в толще воды, обитающих на дне водоёмов, живущих на поверхности воды, ведущих прикреплённый образ жизни.

Животные, активно плавающие в толще воды: акулы, щука, карась, головастики, улитка-катушка, тритон, жук-плавунец, жук-водолюб большой, улитка-прудовик;обитающие на дне водоемов: речной рак, двустворчатые моллюски, пиявки, разнообразные бактерии, живущие на поверхности воды: клоп-водомер(-ка), лягушка, утка-кряква, ведущие прикрепленный образ жизни: губки, большинство кишечнополостных на полипоидной стадии, некоторые коловратки, камптозои, часть полихет, немногие брюхоногие и довольно многие двустворчатые моллюски, усоногие раки, мшанки, плеченогие, погонофоры и вестиментиферы, часть полухордовых (крыложаберные), некоторые иглокожие (морские лилии и ряд вымерших классов иглокожих), асцидии.

Вспомните и перечислите физические и химические свойства воды, кото-рые, на ваш взгляд, влияют на существование в ней живых организмов.

Физические свойства: Благодаря сильному притяжению между молекулами у воды высокие температуры плавления (0С) и кипения (100С). Толстый слой воды имеет голубой цвет, что обусловливается не только ее физическими свойствами, но и присутствием взвешенных частиц примесей. Вода горных рек зеленоватая из-за содержащихся в ней взвешенных частиц карбоната кальция. Чистая вода – плохой проводник электричества. Плотность воды максимальна при 4С она равна 1 г/см3. Лёд имеет меньшую плотность, чем жидкая вода и всплывает на её поверхность, что очень важно для обитателей водоёмов зимой.

Вода обладает исключительно большой теплоёмкостью, поэтому она медленно нагревается и медленно остывает. Благодаря этому водные бассейны регулируют температуру на нашей планете.

Химические свойства воды

Вода — весьма реакционноспособное вещество. При обычных условиях она взаимодействует со многими основными и кислотными оксидами, а также со щелочными и щелочно-земельными металлами. Вода образует многочисленные соединения — кристаллогидраты.

СТРАНИЦА 184

Начните заполнение таблицы по предложенному образцу.

Особенности сред обитания

СТРАНИЦА 185

Приведите примеры организмов — представителей разных царств, обитающих в почве.

Вирусы(бактериофаг),

Бактерии (редуцирующие бактерии),

Грибы(редуцирующие одноклеточные грибы),

Животные (простейшие, крот, землеройка)

СТРАНИЦА186

Вспомните из курса биологии «Растения», какую роль играет почва в жизни растений и грибов.

Почва – среда корневого питания растений: из нее растения и некоторые грибы поглощают растворы минеральных веществ.

СТРАНИЦА 187

Только ли паразиты населяют организменную среду обитания? Приведите примеры живых существ, не приносящих вреда организму, в котором живут.

Многие травы и деревья нормально развиваются только тогда, когда на их корнях поселяются почвенные грибы (микориза): корневые волоски не развиваются, а мицелий гриба проникает внутрь корня. Воду и минеральные соли растения получают от гриба, а он в свою очередь – органические вещества. 2.травоядные копытные и целлюлозразрушающие микроорганизмы. 3.Рыба прилипала, присасываясь к крупным рыбам (акулам), использует их как средство передвижения и, кроме того, питается их отбросами.

Вспомните из курса биологии «Животные» особенности строения некоторых паразитических червей, живущих в пищеварительной системе хозяев. Какие органы позволяют им удерживаться в пищеварительном тракте и какие особенности жизнедеятельности и размножения позволяют вести паразитический образ жизни?

На головном конце ленточного червя имеются различные приспособления для прикрепления к телу хозяина. Между головкой и непосредственно телом есть короткая шейка, не разделенная на членики. Тело состоит из члеников, в каждом из которых расположены органы нервной, выделительной и половой системы. Плоские черви – гермафродиты.

СТРАНИЦА 188

• Что такое среда обитания? Перечислите основные среды обитания организмов.

Среда обитания — это часть природы, окружающая живые организмы, из которой организмы получают всё необходимое для жизни и в неё же выделяют продукты обмена веществ. Водная, наземно-воздушная, почвенная.

• Назовите особенности водной среды обитания. Какие приспособления к особенностям этой среды существуют у обитающих в ней организмов? Почему одни водные организмы могут существовать только в пресной воде, а другие — только в морской?

Особенности водной среды обитания: химический состав воды, высокая плотность, низкое содержание кислорода, небольшие перепады температур Рыбы, как и все высшие животные, способны поддерживать постоянное осмотическое давление, что необходимо для поддержания водно-солевого баланса в организме.

Рассмотрим, как различается осмотическое давление морских рыб и пресноводных. Поскольку в организме пресноводных рыб солей больше, чем в окружающей воде, осмотическое давление приводит у них к тому, что вода постоянно всасывается в организм — через кожу, жабры, ротовую полость и т.д.

Для того чтобы не растерять соль из-за растворения в пресной воде и предотвращения нарушения солевого баланса, у пресноводных рыб получили мощное развитие почки, которые удаляют излишки воды из организма с мочевиной, «отцеживая» из нее минералы и соли.

У акул все наоборот. Соленая морская вода у них играет роль не растворителя, как у пресных рыб, а своеобразного раствора, поскольку концентрация минералов, солей и других веществ в ней выше, чем во внутренней среде акулы. Поэтому осмотическое давление у акул направлено наружу, стремясь отдать излишки влаги во внешнюю среду через кожу, жабры и т.д.

Какие особенности характерны для наземно-воздушной среды обитания? Какие в связи с этим есть приспособления у организмов, живущих в ней?

Особенности: Низкая плотность, достаточное содержание кислорода. Приспособления: Крылья, облегченный скелет — для летающих. Прочный скелет, хорошее развитие опорных тканей (прочный скелет, ствол) — для наземных.

Чем почва как среда обитания отличается от других сред? Как эти особенности почвы влияют на строение и образ жизни организмов, обитающих в ней?

Особенности: Почва как среда обитания отличается от других сред отсутствием света, сложностью передвижения в почве. Приспособления, возникшие в связи с вышеперечисленными особенностями: отсутствие органов зрения, роющие лапы, подшерсток у крота, который заминается в обратную сторону, в случае, если крот начинает пятиться.

Охарактеризуйте организм как среду обитания. Назовите особенности строения и образа жизни организмов, обитающих в ней.

Существа, которые обитают внутри живых организмов, не зависят от наличия света и газового состава атмосферы. Экологические факторы, которые действуют на них, отличаются заметным постоянством. К таким показателям относятся, к примеру, температура, давление, влажность, химический состав. + ограниченное пространство. Особенности строения и образа жизни: Исчезновение у многих паразитов органов передвижения, органов чувств, более простое строение нервной системы, упрощение строения пищеварительной системы или вообще ее отсутствие у некоторых видов; всасывание пищи, переваренной хозяином, через поверхность тела. Формирование оболочки ,покрывающей тело червей-паразитов и защищающей их от переваривания пищеварительными соками хозяина, приспособлений, позволяющих червям-паразитам удерживаться в пищеварительном канале, движение пищи и пищеварительных соков: удлиненная форма тела, наличие крючков и присосок. Высокая плодовитость паразитов — важная черта приспособленности.

СТРАНИЦА 191

Вспомните механизм возникновения адаптаций. Какое эволюционное значение они имеют?

В широком смысле слова под адаптацией понимается гармония организмов (в том числе и популяций, видов) со средой обитания. В узком смысле под адаптацией понимают специальные свойства, способные обеспечить выживание и размножение организмов в конкретной среде. Из этого ясно, что адаптации являются относительными: адаптация к одним факторам среды не обязательно останется таковой в других условиях.

Для возникновения адаптации необходимо наличие элементарного эволюционного материала — наследственной изменчивости — и элементарных эволюционных факторов, прежде всего отбора. Появление в популяции и биогеоценозе нового удачного фенотипа или особей — носителей удачных мутаций — еще нельзя рассматривать как адаптацию. Появление селективно ценного генотипа является элементарным адаптационным явлением. Так же как появление элементарного эволюционного явления — изменения генотипического состава популяции — еще не есть эволюционный процесс, так и появление элементарного адаптивного явления еще не означает возникновения адаптации. Об адаптации можно говорить лишь после возникновения специализированного признака у популяции (вида) к элементам среды. Достигается это при «подхвате» отбором элементарного адаптационного явления и стойком изменении генотипического состава популяции. В этом случае конкретные полезные уклонения отдельных особей превращаются в норму для популяции в целом.

СТРАНИЦА 192

Рассмотрите пример взаимодействия факторов: влияние на организм человека низкой температуры при сильном ветре или высокой влажности. Приведите другие примеры.

Изменение солнечного излучения (свет, как известно, принадлежит к главным климатических факторов) приводит к изменению освещенности земной поверхности, что, в свою очередь, может привести к изменению фотопериодизма в жизни животных и растений. Изменение освещенности может привести к изменению температурного режима и влажности данной системы. Повышение влажности вместе с солнечным излучением может изменять температурный режим.

СТРАНИЦА 193

Вспомните из курса биологии «Растения», каково значение микроэлементов для растений. Может ли избыток одного элемента заменить недостаток другого (например, избыток азота заменить недостаток фосфора) Почему?

Так же, как людям и животным, растениям жизненно необходимы питательные вещества, которое они получают из почвы, воды и воздуха. Состав почвы напрямую влияет на здоровье растения, ведь именно в почве находятся основные микроэлементы: железо, калий, кальций, фосфор, марганец и многие другие. Избыток одного также опасен, как и дефицит другого микроэлемента. Поэтому, заменить один микроэлемент другим без вреда для здоровья растения нельзя.

СТРАНИЦА 194

Объясните результаты следующих опытов.

Комнатное растение поместили в идеальные условия для существования (освещённость, грунт, необходимые макро- и микроэлементы — в оптимальном количестве), но полив растения прекратили. Довольно скоро растение погибло. Вода нужна любому живому организму, это универсальный растворитель, именно с водой происходит перемещение всех веществ, протекают разные реакции, связанные с выработкой и использованием энергии. Комнатное растение поместили в тёмное место, при этом регулярно поливали и добавляли в почву все необходимые вещества. Вскоре растение сильно вытянулось, окраска его побледнела, и через некоторое время оно погибло. Растение вытянулось «в поисках» света. Свет жизненно необходим для растений. Только растения обладают уникальной способностью расти за счёт солнечного света.

Фотосинтез — процесс, при котором из углекислого газа, воды и минеральных веществ на свету образуются органические вещества

СТРАНИЦА 196

Заполните таблицу по предложенному образцу.

Законы действия факторов

• Расскажите о законе ограничивающего фактора. Приведите примеры.

Наиболее значим для организма тот фактор, которыйболее всего отклоняется от оптимального его значения. Если фосфора в почве лишь 20% от необходимой нормы, а кальция — 50% от нормы, то ограничивающим фактором будетнедостаток фосфора; необходимо в первую очередь внести в почву именно фосфорсодержащие удобрения.

• Дайте определение понятия «экологическая ниша». Почему реальная экологическая ниша отличается от потенциальной экологической ниши вида? Объясните на конкретных примерах.

Потенциальная экологическая ниша — совокупность оптимальных условий, при которых данный вид может существовать и воспроизводиться. Реальная ниша — условия, где вид реально встречается в данной экосистеме, она всегда составляет некоторую часть фундаментальной ниши. Усоногий рачок, обитающий в океане в зоне прилива, может занимать меньшую реальную нишу, чем потенциальную. Это будет связно с вымещением с части его потенциальной экологической ниши другим видом.

Письменно составьте тезисы сообщения на тему «Закономерности действия экологических факторов на организм».

1. Реакция организмов на влияние абиотических факторов. Воздействие экологических факторов на живой организм весьма многообразно. Одни факторы оказывают более сильное влияние, другие действуют слабее; одни влияют на все стороны жизни, другие — на определенный жизненный процесс.

2. Способность организмов адаптироваться к определенному диапазону изменчивости факторов среды называют экологической пластичностью. Эта особенность является одним из важнейших свойств всего живого: регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с изменениями условий среды, организмы приобретают возможность выживать и оставлять потомство. Значит, эврибионтные организмы явлются эколог ически наиболее пластичными, что обеспечивает их широкое распространение, а стенобионтные, напротив, отличаются слабой экологической пластичностью и, как следствие, обычно имеют ограниченные ареалы распространения.

3. Экологические факторы воздействуют на живой организм совместно и одновременно. При этом действие одного фактора зависит от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы. Эта закономерность получила название взаимодействие факторов